渭北旱塬农田土壤呼吸温度敏感性变化特征

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1、分类号：S154.1学校代码：10712UDC：631.4研究生学号：2015060249密级：公开2018届攻读博士学位研究生学位（毕业）论文渭北旱塬农田土壤呼吸温度敏感性变化特征学科专业土壤学研究方向土壤生态与管理研究生王蕊指导教师郭胜利研究员完成时间2018年4月中国陕西杨凌Classificationcode:S154.1Universitycode:10712UDC:631.4Postgraduatenumber:2015060249Confidentialitylevel:OpenDissertation

2、forDoctorDegreeNorthwestA＆FUniversityin2018Variationoftemperaturesensitivityofsoilres-pirationinWeibeidryfarmlandMajor:SoilscienceResearchfield:SoilecologyandmanagementNameofPostgraduate:WangRuiAdviser:ProfessorGuoShengliDateofsubmission:April2018YanglingShaanx

3、iChina渭北旱塬农田土壤呼吸温度敏感性变化特征摘要土壤呼吸温度敏感性(Q10)是指温度每升高10℃时土壤呼吸速率增长的倍数，为研究气候变化条件下陆地生态系统碳循环与气候变化反馈关系的关键参数。了解Q10值的变化及其影响因素不仅有助于了解陆地生态系统碳循环特征，而且有助于深入了解陆地生态系统碳循环与气候变化的反馈关系。本研究依托“陕西长武农田生态系统国家野外科学观测研究站”(简称“长武站”)进行，试验选取不同作物类型(冬小麦TriticumaestivumL和春玉米ZeamaysL)；不同–1–1肥料种类，包括不施

4、肥(CK)，单施氮肥(160kgNha)和氮磷肥配施(160kgNha–1–1和39kgPha)；不同施肥用量(0~180kgNha)；典型粮田和盛果期果园(MalusdomesticaBorkh)为研究对象。测定指标主要包括土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分、土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、土壤微生物量碳(SMBC)、土壤可溶性碳(DOC)、细根生物量、地上部生物量、光合作用速率、细菌群落结构组成、土壤酶活性等。基于2011~2016年田间原位监测和室内试验分析，开展以下四个方面的研究：1)不同作物类型下土壤

5、呼吸速率及其温度敏感性变化特征；2)不同施肥措施下土壤呼吸速率及其温度敏感性变化特征；3)粮田和果园土壤呼吸速率及其温度敏感性变化特征；4)环境因子、植被生长、微生物群落结构、活性及其与土壤呼吸速率和温度敏感性的联系。主要结果如下：1)作物类型显著影响土壤呼吸速率及其温度敏感性(p<0.05)。春玉米土壤呼吸速−2−1率较冬小麦土壤呼吸速率高20%(1.85vs.1.54µmolms)，土壤呼吸温度敏感性较冬小麦土壤呼吸温度敏感性高36%(2.49vs.1.83)。春玉米籽粒产量和地上部生物量分别−1是冬小麦籽粒产量

6、和地上部生物量的的3倍(8.90vs.2.93tha)和2.4倍(16.96vs.−1−17.17tha)，春玉米细根生物量较冬小麦细根生物量高36%(2.30vs.1.70tha)。2)肥料种类显著影响土壤呼吸速率及其温度敏感性(p<0.05)。N和N+P均提高了−2−1土壤呼吸速率：CK处理土壤呼吸速率平均为1.15μmolms，与之相比，N处理土壤−2−1−2−1呼吸速率提高18%(1.35μmolms)，N+P处理提高48%(1.69μmolms)。与施肥提高土壤呼吸速率相反，施肥降低了土壤呼吸温度敏感性，C

7、K，N和N+P处理Q10值分别为1.57，1.44和1.46。3)施肥量(氮)显著提高土壤呼吸速率(p<0.05)，且随着施氮量的增加而增强。与−2−1N0相比(1.21μmolms)，N45、N90、N135和N180平均土壤呼吸速率分别增加25%、31%、44%和40%。施氮降低日尺度和年尺度的土壤呼吸温度敏感性。日尺度土壤呼吸温度敏感性主要受光合作用影响，年尺度土壤呼吸温度敏感性与土壤C/N，根系C/N以及细菌群落结构的变化有关。4)粮田(冬小麦)和果园土地利用方式下土壤呼吸速率及其温度敏感性具有相反−2−1的

8、变化趋势：果园土壤呼吸速率较粮田土壤呼吸速率高12%(2.01vs.1.80μmolms)，但果园土壤呼吸温度敏感性较粮田土壤呼吸温度敏感性降低15%(1.41vs.1.63)。果园中β-葡萄糖苷酶和纤维素酶活性均高于粮田中β-葡萄糖酶和纤维素酶活性，分别高出15%−1−1−1−1(44.92vs.39.09nmolhg)和22%(21.39v